光合作用的生化反應之起源是自然界最重大的事件之一，那它究竟是如何演化而來的？科學家有了一些答案，答案之一是水平基因轉移。
Arizona State Univ.的生化學家Robert Blankenship說道，光合作用的過程是一系列非常複雜的獨立代謝反應，它如何能演化而來是一大謎團。
光合作用是有生命以來發展出的最重要化學反應之一，它把陽光的能量轉移成化學能，受惠的是整個地球上的生命。細菌的有氧光合作用之演化是造成地球大氣層富含氧氣的原因，從此光合生物只要進行日光浴就能得到源源不絕的能量，並且還改變了地球的化學環境數十億年之久，並引發了複雜生命的繁衍。
經過了數十年的研究，生化學家瞭解了這個關鍵的生物反應依靠一些包含一系列巨大及複雜分子的極精巧和快速的化學反應，即由一組複離的分子系統合在一塊工作。
Blankenship說道，我們知道這個反應演化自細菌，大約在廿五億年前，但光合作用發展史非常不好追蹤。有多樣性令人迷惑的光合微生物使用相關但又不太一樣的反應。雖然有一些線索找它們連繫在一起，但還是不清楚它們之間的關係，以及光合作用的起源和發展等。
Blankenship等人透過分析五種細菌的基因組來解決部分的問題。他們的結果顯示，光合作用的演化並非是一條從簡至繁的直線，而是不同的演化路線的合併，把獨立演化的化學反應合混合在一起，靠的是水平基因轉移。在五年前，一個物種把遺傳作用轉移至另一物種的想法還是匪夷所思。但現在基因組的研究顯示有些基因的確會在不同物種間旅行。
「我們發現這些生物的光合作用相關基因並沒有相同的演化路徑。顯然是水平基因轉移的證據。」Blankenship說道。
他們利用BLAST檢驗了五種基因組已定完序的細菌（藍綠藻Synechocystis sp. PCC 6803、綠絲菌Chloroflexus aurantiacus、綠硫菌Chlorobium tepidum、古生菌Rhodobacter capsulatus和螺旋菌Heliobacillus mobilis）之基因，結果發現一組188個基因相關，其中約50與光合作用有關。它們雖然是不同的細菌，但卻有相當程度相同的化學系統，他們猜測光合作用相關基因一定是同源的。
他們利用數學分析以決定該組共同基因的演化關係，但他們測不同的基因就得出不同的結果。他們做了親緣關係分析以決定出最佳的演化樹，但他們發現一些基因同時支持十五種排列方式。顯然它們有不同的演化史。Blankenship主張這能解釋化合作用的複雜反應之演化，不同的系統分別演化自不同生物，可能還作為不同的用途。通過兩種細菌的融合或不同基因的收納，因此基因的新組合可能就出現在新的組合系統。系統的進一步演化和重組可能又在不同生物中出現多次。
他們比較了光合作用細菌的共同基因和其他已知基因組的細菌，發現只有少數同源基因堪稱獨特。大多數的共同基因可能對大多數細菌而言是「日常」基因。它們可能參加非光合細菌的代謝反應，然後才被收納成為光合系統的一部份。
細菌的演化就像補鍋匠，經過敲敲打打，園子裡的雜碎就結合成新產品。
Blankenship相信他們的工作顯示，人類也可能通過修補改造微生物產生新生化反應，甚至設計出藥物合成的反應。並且這樣的工作對天文生物學（astrobiology）也有重大意義，天文生物學是研究生命在外星的可能演化路徑。
原學術論文：
1) Jason Raymond, Olga Zhaxybayeva, J. Peter Gogarten, Sveta Y. Gerdes & Robert E. Blankenship. Whole-Genome Analysis of Photosynthetic Prokaryotes. Science 2002 298: 1616- 1620.
2) Elizabeth Pennisi. Bacteria Shared Photosynthesis Genes. Science 2002 298: 1538-1539.
參考資料:
ScienceDaily Magazine (11/22/2002) -- Photosynthesis Analysis Shows Work Of Ancient Genetic Engineering
http://www.sciencedaily.com/releases/2002/11/021122074236.htm
圖中的微生物是為藍綠藻。
本文原刊證於SciScape:
http://www.sciscape.org/news_detail.php?news_id=888 
